关键词： 保压 泄漏 氧化
1 前言
保压回路在液压机床及设备中被广泛应用，其中以双泵保压回路使用较多。该回路使用2个不同工作参数的泵组合作为动力元件，一个泵为大排量低压泵，另一个为小排量高压泵。两者协调供油实现液压系统各执行元件的运动及保压。采用双泵保压回路，可以提高系统运行效率，减少能耗。保压回路系统的设计应依据具体工作场合及要求而进行合理选择，要依照特有的参数如保压时间长短，保压压力高低，执行元件运行速度等选择设计方案，力求达到经济、合理、高效。
2 一般方法设计
在设计液压系统时，人们往往首先想到的是套用各种常用回路，然而不是所有的液压系统都可照搬常用回路而不区别具体的功能要求。设计既要考虑使用性能，也要考虑经济性能以及安全因素等，否则设计可能出现不合理。图1是一种简单液压机的液压原理图。其执行的功能是下压工件——保压——顶出工件。该机要完成此项工作，其设定的压力分别为低压泵3MPa，高压泵29 MPa。低压泵的额定流量160L／min，额定压力6.3MPa；高压泵的额定流量10L／min，额定压力31.5MPa。
从图1和技术参数中可以分析该液压系统运行情况及高压保压功能。当主液压缸1之电液换向阀通电换向时，控制高、低压泵卸载的电磁阀均通电换向，两泵以较低的压力共同供油给系统，使主缸作下压运动。当主缸下压工件到位并进行保压时，系统压力升高至压力继电器设定压力，压力继电器发出信号，低压泵电磁阀通电，低压泵卸载。此时，高压泵的高压油供给主缸进行保压。高压油除部分来弥补系统泄漏外，其余经高压泵溢流阀流回油箱。
从原理看，该系统能够完整执行液压机各工作程序，但如果结合其技术参数分析，也不难看出此原理存在的不合理之处：该系统既要求在高压时工作，也要求在中低压情况下工作。如主缸1和顶出缸2的上升、下降处在低压状态，而主缸保压期间系统则处于高压状况下。从图1了解到保压时，高压油与高压泵的溢流阀、卸荷电磁阀、单向阀、压力继电器、压力表开关、主缸电液换向阀、顶出缸电液换向阀及两液压缸相贯通。由此，这些元件的额定耐压等级就须选择为31.5 MPa。
3 合理方法设计
液压元件的价格与其技术参数如压力等级、流量等级等有关。压力、流量等级高，则价格高，反之则低。因此，在设计系统、选用元件时要合理降低成本。从图1分析，低压泵的溢流阀、卸荷电磁阀、压力表开关于中低压状态下工作，两泵出油口以外元件要在高压情况下工作，或要与高压油相连通。那么，能否有更合适的液压系统来代替呢?回答是肯定的。如果将上述液压机原理设计成如图2所示，将使该高压保压回路更趋合理。图2中，低压、高压泵在主液压缸作下降运动时，同时向液压缸供油。当主缸下降到位后，系统压力升高，压力继电器发出信号，泵1卸载，此时高压泵就直接供高压油于主缸实施高压保压，其特点是高压油无需经过主缸电液换向阀，也不会与顶出缸及其电液阀相串通，液控单向阀在系统产生高压时阻隔了高压油与这些元件的连通。当保压完成后，主液压缸则通过电液换向阀上升电磁铁通电（与此同时低压泵卸载电磁阀通电），低压泵恢复供油，并打开液控单向阀，这时高压泵油经液控单向阀、电液换向阀回油箱。当主缸上升到位碰行程开关，电液阀断电复中位，则两泵卸荷电磁阀也随之断电，两泵均卸载。
4 分析、比较
比较图1、图2两种液压系统，不难得这样的结论，两种系统功能基本相同，但图2产生的最终效果将优于图1。具体表现在以下几个方面：
① 可降低制造成本
液压阀芯在阀体内要运动，液压缸活塞在缸体内要运动，这种相对运动要有间隙，而间隙的大小又取决于阀等元件的工作压力等级，也取决于元件加工工艺性能。工作压力越高，元件要求间隙越小，配合精度也就要求越高，对材料的要求也越高，相应加工难度也加大，制造成本也要提高。如同样额定流量的元件，额定压力为中低压（≤6.3MPa），其阀芯与阀体配合间隙可比高压（31.5MPa）阀大3～4倍，液压缸活塞与缸体配合，以及活塞杆与缸导向套配合精度要求也是如此。因此，高压阀、高压缸等元件成本要高不少。图2所示系统可使得在图1系统中处于高压等级的2套电液阀及顶出缸脱离高压区，而始终处于中低压情况下工作。仅此就可降低大量成本。
② 可降低系统泄漏
影响液压系统效率的一个重要因素是系统内外泄漏。在高压油区泄漏表现尤为突出。以系统中的电液换阀为例。比较处在中低压系统中的电液换阀和处在高压系统中的高压系列电液换向阀，可以得出两阀的内泄漏量之比为1∶60。比如在中低压（≤6.3MPa）压力系统中流量为200 L／min的电液换向阀，其内泄漏量≤30mL／min，而在高压（如31.5MPa）系统压力中，同样流量的电液阀内泄漏量达到1.8L／min，按图1系统原理，两电液换向阀及顶出缸的内泄漏总量将超过5L／min，超过系统高压泵所能提供油量的一半。可见泄漏在高压系统中特别严重。而图2系统避免了2套电液换向阀和顶出缸接触高压油，也就可使系统泄漏大大减轻。泄漏量降低，功率损耗也可降低，高压泵的额定流量可以进一步选小，效率提高，系统发热情况也可改善。另外，对密封件的要求也可降低，并且密封不易损坏。
③ 有利于液压站集成埠合理布置
图1系统的泵站，其高压油要经过4块集成块，方能到达主液压缸，而图2系统可将接触高压油的元件集中布置在2块集成块上。如此安排减少了集成块之间密封高压油的工作，也使集成块加工变得容易，同时，液压泵站的局部损失也因减少了中介环节而降低。
④ 减轻了油液的氧化变质
液压油在高压情况下比在低压情况下产生氧化变质的可能性要大得多。图1系统中，当高压保压时，高压油不仅存于主缸，而且存于顶出缸及其管路上。而图2系统在保压时，仅主缸存有高压油，因此，后者在保压时受高压挤压的油量只有前者一半。这对减缓油液氧化变质，延长油液使用寿命起到积极作用。
5 小结
液压系统实施合理设计，可创造良好经济效益。常用回路具有代表性，可以参考借用，但不能照搬。场所、要求、技术参数的不同，也就使得设计方案各具特色。有的系统注重流量设计，有的偏重压力因素，但无论如何，综合考虑，优化设计才是合理之举。
